《自来水消毒技术》PPT课件.ppt

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1、自来水消毒技术,第一章 引言,1.1 自来水 1.2 存在的安全隐患 1.3 自来水来源 1.4 自来水处理技术 1.5 自来水消毒 1.6 城市自来水消毒法 1.6.1 常规消毒法 1.6.2 其他消毒方式,第一章 引言,1.1 自来水 自来水是指通过自来水处理厂净化、消毒后生产出来的符合国家饮用水标准的供人们生活、生产使用的水。它主要通过水厂的取水泵站汲取江河湖泊及地下水，地表水。并经过沉淀、消毒、过滤等工艺流程，最后通过配水泵站输送到各个用户。由自来水厂按照国家生活饮用水相关卫生标准处理后，用机泵通过输配水管道供给用户使用。,第一章 引言,1.2 存在的安全隐患 全球每年生产超过300万

2、种个人护理用品和家居清洁用品；有7万种正大量生产，其中600种已被医学临床报告证实对人体有害；超过400万种化学物质被配制成产品，每年有25万种新产品问世；大约3000 种化学成分被加入到我们的食物之中。饮用水中发现700种，人体组织内发现 400种，厨房下水道和洗衣房中有500种，超过800种毒害人类神经系统的化学物质用于化妆品和香水工业。,1.2 存在的安全隐患,其中，饮用水中700种致癌物质最典型的主要有三氯甲烷、腐植酸等。三氯甲烷主要作用于中枢神经系统，具有麻醉作用，对心、肝、肾有损害。急性中毒初期有头痛、头晕、恶心、呕吐、兴奋、皮肤湿热和粘膜刺激症状。以后呈现精神紊乱、呼吸表浅、反射

3、消失、昏迷等，重者发生呼吸麻痹、心室纤维性颤动。同时可伴有肝、肾损害。误服中毒时，胃有烧灼感，伴恶心、呕吐、腹痛、腹泻。以后出现麻醉症状。它的慢性影响主要是引起肝脏损害，并有消化不良、乏力、头痛、失眠等症状，少数有肾损害及嗜氯仿癖。,1.3 自来水来源,自来水是经过多道复杂的工艺流程，通过专业设备制造出来的饮用水。自来水的处理过程如下：首先必须把源水从江河湖泊中抽取到水厂（不同的地区取水口是不同的，水源直接影响着一个地区的饮水质量）；然后经过沉淀、过滤、消毒、入库（清水库），再由送水泵高压输入自来水管道，现在国家规定要用PP管，而不是以前常用的铁管，因为时间一长铁管就会生锈，会造成严重的二次污

4、染；最终分流到用户龙头。整个过程要经过多次水质化验，有的地方还要经过二次加压、二次消毒才能进入用户家庭。,1.4 自来水处理技术,目前，“混凝沉淀-过滤-消毒-净化”这一百年前的传统工艺一直是自来水的处理技术，即将地下水或江河水简单加工成可饮用水。经过一百年的世纪淀积，当代的水质现状与一百年前的水已经截然不同了，传统的水处理工艺去除水中悬浮物、对降低浑浊度有较好的净化消毒作用，但对目前以有机污染为主的微污染，则不能彻底去除有机污染物、环境内分泌干扰物、农药和藻毒素，从而出厂水时有检出，甚至超标。,1.4 自来水处理技术,有研究表明，在水处理工艺流程方面，可对其进行一定的优化。在未除去原水中的有

5、机物前，第一次加氯的实施，往往会增加氯化副产物的含量，所以消毒前应在净化过滤后的水中进行，加氯点越后越好。对于去消预氯化工艺后藻类生长及清洁滤料的问题，可以采用CuSO4、其他氧化剂或通过氯水间歇冲洗构筑物等方法来解决。,1.5 自来水消毒,自来水消毒在预防和控制介水传染病中起着重要作用。目前，自来水消毒大体分为物理和化学方法。物理方法主要包括加热、冷冻、辐照、紫外线和微波消毒等。化学方法一般是应用化学消毒剂（如氯、臭氧、溴、碘、高锰酸钾等）进行消毒。其中，氯消毒剂自1908 年开始成为饮用水消毒剂以来，由于其价格低廉、消毒可靠且经验比较成熟，在世界范围内（包括中国）得到广泛推广。,1.6 我

6、国城市自来水消毒法,1.6.1 常规消毒法 就我国目前的情况来说，现在自来水消毒大都采用氯化法，这种方法推广到至今有100多年历史了，具有较完善的生产技术和设备，氯气用于自来水消毒具有消毒效果好，费用较低，但氯化消毒后的自来水能产生致癌物质，目前有关方面专家也提出了许多改进措施。,1.6.2 其他消毒方式,在城市供水系统中,消毒是最基本的水处理工艺,它是保证用户安全用水必不可少的措施之一。但自20世纪70年代发现氯消毒产生/三致物质以后,人们开始重新审视消毒问题,并进行了大量的研究工作。在传统的生物消毒方法进行突破同时,也开始推广一些新的处理技术,如二氧化氯、臭氧、紫外线消毒等。,1.6 我国

7、城市自来水消毒法,第二章 传统的氯消毒,2.1 基本原理2.2 氯消毒的优点2.3 氯消毒的缺点,第二章 传统的氯消毒,水的氯化消毒是饮用水消毒中使用最为广泛、技术最成熟的方法。氯的系列消毒剂主要有：次氯酸钠、漂白粉、液氯等。它们的杀菌机制基本相同。主要靠水解产物次氯酸起作用。尽管随着人们对健康意识的加强，氯消毒的副作用越来越引起人们的重视，在相当长的一段时间内，氯仍然可能是欠发达地区使用的最普遍的消毒剂之一。,2.1 基本原理,当氯或次氯酸加入到水中时会先水解，解离，主要开成HClO,ClO-等物质，是一种快速氧化剂，由于HClO为分子量很小的电中性分子，比较容易渗透到带负电的细菌表面，并通

8、过细胞壁穿透到细胞内部，通过氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。,氯易溶于水中，在清水中，发生下列反应：Cl2+H2O HOCl+H+Cl-HOCl H+OCl-HOCl和OCl-的比例与水中温度和pH有关。PH高时，OCl-较多。HOCl和OCl-都有氧化能力，但细菌带负电，故主要通过HOCl消毒。,2.2 氯消毒的优点,历史悠久，工艺纯熟；价格较低，操作简便，不需庞大的设备；低浓度时药效极高，且对人类健康危害不大；氯卓越的缓释特性具有特殊的好处，使其可在相对较长的时间内持续对管网系统进行消毒。,2.3 氯消毒的缺点,氯气本身有毒，使用时必须注意安全，防止泄漏；水经氯消毒后往往会产生多种有

9、害物质，尤其是“三致”作用的消毒副产物，如三氯甲烷、氯乙酸等。许多氯化消毒副产物在实验中证明具有致畸性、致突变性、致癌性、神经毒性作用等；，长期饮用氯化水对生殖也有影响，可能引起自然流产、早产和死胎以及出生缺陷，也可能造成新生儿体重太轻，早熟或胎儿生长延迟等；液氯不能有效杀灭隐孢子虫及其孢囊。,第三章 其他消毒方式,为满足饮用水安全性要求，人们开始关注其他消毒方法，综合考虑传统加氯消毒鲜明的优缺点，其中常见的有ClO2、O3、氯胺、紫外线、H2O2以及它们的联合工艺。ClO2消毒的成本介于氯消毒和O3消毒之间，但极不稳定、易爆；氯胺消毒作用缓慢双氧水则很少单独用于消毒，只起与其他消毒剂协同的作

10、用；紫外线不失一种较为理想的消毒方法，但缺乏持续灭菌能力，所以它一般要与其他消毒方法联合使用。,第三章 其他消毒方式,3.1 二氧化氯消毒 3.1.1 二氧化氯消毒的优势 3.1.2 二氧化氯产品的种类 3.1.3 二氧化氯消毒的弊端3.2 紫外线消毒 3.2.1 紫外线技术领军企业 3.2.2 紫外线消毒技术的特点 3.2.3 自来水厂用紫外技术的工程案例,3.3 臭氧消毒 3.3.1 臭氧的性质 3.3.2 臭氧的杀菌效果 3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术3.4 联合消毒法,3.1 二氧化氯消毒,氯消毒所引发的环境、安全问题越来越引起人们的重视，在可选用的消毒剂中，二氧化氯被认为是其

11、中性价比最优的一种。二氧化氯在我国饮用水处理中的应用已逐渐引起了人们的重视，二氧化氯作为水厂的常规可选消毒剂在我国的推广也是必然的趋势。,3.1.1 二氧化氯消毒的优势 作为一种氧化型消毒剂，二氧化氯具有较强的杀灭病原体的能力，使用时不易水解，不与氨氮反应，杀菌效果不受水pH 值影响，能够有效去除水中的铁、锰、臭味和色度、藻类、酚类及硫化物等，在自来水消毒中产生的三卤甲烷要比氯化消毒低得多。二氧化氯可快速杀灭水中各种微生物，如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和枯草杆菌黑色变种芽孢等。与氯消毒剂相比，二氧化氯具有更好的灭菌、除藻、除味和助凝效果。,3.1 二氧化氯消毒,3.1.2 二氧化氯产

12、品的种类 由于二氧化氯性质不稳定，易发生爆炸，不易储存和运输，因此，二氧化氯一般采用现场发生制取。随着二氧化氯产品的广泛应用，促进了其产品种类及剂型的发展。目前，国内外市场上二氧化氯产品主要有二氧化氯发生器、稳定性二氧化氯(液体二氧化氯制剂和固体二氧化氯制剂)。其中，发生器产生的二氧化氯可以直接使用；而稳定性二氧化氯在使用时需经过活化反应后才具有消毒作用。,3.1 二氧化氯消毒,二氧化氯发生器能现场制备二氧化氯，直接使用。实验结果表明，二氧化氯发生器产生的二氧化氯对水中大肠杆菌等细菌有良好杀灭效果，且其杀菌作用随水温的升高而增强，随水中腐植酸等有机物的增多而降低，当水pH 值在6.58.5 时

13、，对其杀菌效果无影响。我国中小型水厂普遍采用的饮用水二氧化氯消毒技术是氯酸钠盐酸法。是以氯酸钠、盐酸为原料，的复合二氧化氯发生器依靠水射器产生的负压将空气吸入反应室内，并将生成的二氧化氯和氯气气体从液相中移出。该工艺二氧化氯转化率低，同时，反应温度要求高，在制备二氧化氯的同时还会有氯气的存在，具有产生卤代烃的可能性。此外，由于原料转化率低，如果处理不当，未反应完全的原料可进入供水系统，造成新的污染。,3.1.2.1 二氧化氯发生器,图3-1 典型的二氧化氯发生器,3.1.2.1 二氧化氯发生器,3.1.2.1 二氧化氯发生器,图3-2 电解法二氧化氯消毒发生器,将应用二氧化氯发生器制备的二氧化

14、氯气体溶解于含有碳酸钠、过碳酸钠、硼酸钠、过硼酸钠等稳定剂中，制成浓度通常在10%以内的一种无色无味的透明水溶液，即稳定性二氧化氯液体。液体二氧化氯属于二元包装，不易燃，不挥发，其本身不具有杀菌能力，只有通过活化（酸化）反应使溶液中的二氧化氯重新释放出来才具有杀菌能力。经活化后的2%水溶液pH 值呈酸性，比重为1.031.04（20），水溶液呈浅黄色，活化后的溶液不稳定，因此，宜现配现用。固态二氧化氯大都以亚氯酸钠为主要原料，采用亚氯酸钠与酸性活化剂反应，将亚氯酸钠溶液吸附到膨润土钠盐或将二氧化氯气体吸附到硅酸钙、二氧化硅、滑石粉、过碳酸钠干粉等载体上形成吸附型二氧化氯制剂。固态二氧化氯使用前

15、也需要加入到一定量的水中活化一定时间后才能使用。,3.1.2.2 稳定性二氧化氯,3.1.3 二氧化氯消毒的弊端,二氧化氯消毒灭菌效果好,有机副产物少,毒性较轻,但其主要无机副产物为亚氯酸盐（ClO2-）、氯酸盐（ClO3-）等,其中亚氯酸盐毒性较大,可能对血液中红细胞有影响,国外研究雌鼠饮用含有高浓度亚氯酸盐的水,生产的幼鼠体重轻,并有死胎。,3.2 紫外线消毒,紫外线消毒法最早应用于美国，现已在美国和加拿大普遍应用。紫外线消毒技术为物理消毒方式的一种，具有广谱杀菌能力，无二次污染，经过30多年的发展，已经成为成熟可靠高效环保的消毒技术，在国外各个领域得到了广泛的运用。在我国由于对其技术的了

16、解有一定的局限性，在污水处理中的应用不多。,近20 年以来,紫外线消毒技术发展很快。该技术能够满足工业和水处理行业的节能降耗的要求,高效、低成本,对环境无害。随着紫外线消毒技术在水厂中广泛的应用,全世界每天有超过三十亿升水的处理量,这证明了紫外线技术已经不再是一种新兴技术,而是一项被工程师广泛采用的用于保护人类健康的技术。,3.2 紫外线消毒,3.2.1 紫外线技术领军企业博生(Berson)海诺威(Hanovia)特洁安(Trojan)威德高(Wedeco),3.2 紫外线消毒,3.2 紫外线消毒,3.2.2 紫外线消毒技术的特点 属于物理消毒方法,在确保消毒效果的同时,不伴生有毒有害的消毒

17、副产物;对于一些化学消毒方法处理无效的微生物,紫外线有高效的杀菌效率;占地面积小,系统结构紧凑,潜在风险小,确保操作人员安全。紫外线消毒工艺瞬间灭菌能力非常强，但细菌光复活现象明显，灭菌持续时间非常短。,3.2.3 自来水厂用紫外技术的工程案例,荷兰鹿特丹自来水厂 位于荷兰西部的鹿特丹市拥有荷兰现存最早的紫外线消毒系统,系统从1983 年开始运行,至今每天仍然为当地居民供应5 万m3 的饮用水。系统采用单一紫外线消毒工艺,末端与活性炭相结合。整套系统由四台小型反应器组合而成,每一个反应器均配有手动清洗装置,防止消毒效果受到石英套管结垢的干扰。经过博生紫外线消毒系统处理的自来水厂,可以达到直饮水

18、标准。,3.2.3.2 德国Essen 自来水厂 位于德国中部的Essen 自来水厂,日处理量20万m3。系统采用单一紫外线消毒工艺,整套系统由四台大管径反应器并联组合而成,由于水源水质较高,整套设备没有配套石英套管的清洗系统。,3.2.3 自来水厂用紫外技术的工程案例,图3-3 德国Essen自来水厂紫外线消毒系统,3.2.3.3 法国巴黎自来水厂 法国首都的巴黎自来水厂,日处理量18 万m3。系统采用单一紫外线消毒工艺,整套系统由五台反应器并联组合而成,水源水质硬度较高,整套设备配套自动清洗系统,石英套管的清洗系统,防止消毒效果受到石英套管结垢的干扰。,3.2.3 自来水厂用紫外技术的工程

19、案例,3.3 臭氧（O3）消毒,随着我国经济的发展和环境污染的日趋加剧，许多新技术新工艺新药剂在水处理中得以应用。消毒剂的选择一直是广大水处理工作者讨论的焦点。人们普遍认为，臭氧对细菌、病毒、芽孢与传统的消毒剂相比，具有除色、除臭、除味效果好和无毒等优点，但是消毒后的水无后续作用，且价格昂贵。,3.3 臭氧（O3）消毒,3.3.1 臭氧的性质 与氧相比臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存形态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气进入稳定状态，所以臭氧在工作中没有二次污染产生，这是臭氧技术应用的最大优越性。臭氧是已知最强的氧

20、化剂之一，仅次于氟，可以氧化大多数有机物、无机物，其标准电极电位比氟低外，比氧、氯和二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。,3.3 臭氧（O3）消毒,3.3.2 臭氧的杀菌效果 臭氧几乎对所有病毒，病菌，霉菌，真菌及原虫，卵囊都具有明显的灭活效果，且就灭活时间来说，速度无比，是氯的300-600 倍，紫外线的3000 倍。臭氧的灭菌速度和效果是无与伦比的，他的高氧化还原电位决定了对氧化、脱色、除味方面的广泛应用，臭氧溶解于水，几乎能消杀水中一切对人体有害的物质，比如铁、锰、铬、硫酸盐、酚、苯、氧化物等，还可以分解有机物及灭藻等。,3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术,3.3.3.1 臭氧气源系统

21、臭氧系统生产臭氧的原料有两种，即空气和氧气，氧气主要通过现场制氧或从外部采购。不同的原料供应来源将成为影响自来水厂臭氧处理系统的投资和经营成本的主要因素。自来水厂在选择具体气源时主要依据有：(1)臭氧生产的单位综合成本比较，综合成本主要包括生产所需的耗电量、供气(液态氧气)、气源生产设备的固定资产投资(或租赁)成本，以及日常维护成本等；(2)臭氧消毒的需求量，可根据自来水厂的供水规模进行合理评估；(3)气源系统设备的可靠性和设备的操作管理要求。,3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术,大部分城市自来水厂现阶段采用的是液态氧为气源生产臭氧。臭氧发生器需要加入1%至3%的微量氮气(空气即可)，主要

22、是为了提高设备生产效率和保护放电管，尽量延长设备使用寿命。为了减少空气中的杂质，保证添加的空气能够满足设备工作要求，添加氮气的设备系统由无油型压缩机、冷干机、分子筛干燥机以及相关配件组成。需要注意的是，臭氧发生器的放电管非常敏感油性物质，所以必须选择无油型的空气压缩机。,3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术,3.3.3.2 臭氧发生器主要包括放电体部分、电源/控制系统和冷却水系统。左图为青岛丹佳净化设备有限公司生产的臭氧发生器。也有些生产规模较大城市自来水厂选用了进口的大容量臭氧发生器。,图3-4 一种臭氧发生器,3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术,3.3.3.3 尾气破坏(1)加热催化

23、法。将尾气加热至40 50，利用催化剂对臭氧尾气进行分解破坏，催化剂为MnO2。加热催化法的优点是设备投资和运行能耗低；缺点是处理尾气中如含硫化物、卤素等杂质会导致催化剂中毒失效。,3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术,3.3.3.3 尾气破坏(2)高温加热法。臭氧加热至350 时，在2秒内可100%分解。高温加热法就是对臭氧尾气高温加热分解。高温加热法优点是原理简单、设备稳定；缺点是设备投资和运行能耗高。据了解，一般在污水处理行业选用较多。给水厂不受水质限制，考虑到设备投资和运行能耗，一般采用加热催化法。,3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术,3.3.3.4 设备的维护保养 由于臭氧发生

24、器是一个非常专业的设备，国外通常采用定期由供应商进行维护保养的方式。但由于费用较高，国内很少会采用这种有偿长期保养的方式。所以在平时使用过程中，定期进行小维护、小保养能够非常有效地延长设备的寿命，可注意以下几点：,3.3.3 城市自来水厂的臭氧消毒技术,3.3.3.4 设备的维护保养(1)通过PLC 操作控制柜显示屏定期察看系统各个节点的压力、流量值是否在允许范围。(2)定期释放空气压缩机、尾气破坏装置的排泄水。(3)监测臭氧接触池是否处于负压状态。(4)定期检查尾气破坏装置的加热系统是否正常，定期更换臭氧吸附用触媒等。(5)及时清洗或更换空气过滤棉。(6)定期校验监测仪表准确性，及时更换相关器件。,3.4 联合消毒法,自来水消毒的方法有许多，每种方法有其特有的优缺点，自来水厂选用的时候均为结合各方面因素的综合考虑结果。目前已有许多学者开始研究两种甚至几种方法联合消毒。常见的有紫外线与氯联合消毒、生物氧化结合臭氧消毒的技术等。,第四章 结论,随着科学的发展，技术的进步，传统的氯消毒方法将逐渐被其他消毒方法所取代；从环保的角度出发，物理方法和生物方法较化学方法更有利，但消毒效果及经济方面又较差；多种方法联合消毒将成为今后科研工作者研究的方向。,欢迎老师同学指教！,